隋立偉

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

0 引言

古地貌恢復對物源分析和沉積體系建立具有重要指導意義，是含油氣盆地分析的一項重要研究內容［1］，相關研究也是近年來國內外沉積盆地研究的熱點［2-7］。盆地古地貌是由隆起區(qū)、斜坡帶和坳陷區(qū)3 個大的構造單元組成［8］。沉積期古地貌發(fā)育及構造活動特征控制著盆地的沉降速率、可容納空間和沉積中心分布，進而控制盆地沉積體系展布及生、儲、蓋的組合模式，以及形成圈閉的有效性，最終影響盆地的油氣成藏過程［9-12］。

海拉爾—塔木察格盆地（簡稱海塔盆地）是中蒙邊界中生代伸展機制下形成的復雜斷陷湖盆。盆地發(fā)育受濱太平洋俯沖帶、索倫縫合帶和蒙古—鄂霍茨克縫合帶的影響，地球動力學特征復雜，盆地經過多期演化，構造運動頻繁，斷裂發(fā)育及油氣富集規(guī)律復雜［13-14］。塔南凹陷位于海塔盆地中部斷陷帶的南端，是海塔中部斷陷帶最重要的含油氣凹陷。古地貌分析及構造演化特征研究對揭示物源方向、沉積區(qū)、沉降中心的空間變化關系、沉積相展布及油氣成藏規(guī)律分析具有重要指導意義［15-17］。本文通過定量恢復塔南凹陷不同地質歷史時期的古地貌發(fā)育特征結合井、震信息，明確古地貌對沉積體系和油氣分布的控制作用，為塔南凹陷的下步勘探工作指明方向。

1 塔南凹陷地質特征

1.1 區(qū)域地質概況

塔南凹陷是海塔盆地中部斷陷帶的富油凹陷，面積3 500 km2［18］，受NE，NEE 向基底大斷裂控制，呈現(xiàn)“三凹三隆”的構造格局，分別為東部斷鼻構造帶、東部次凹、中部潛山斷裂帶、中部次凹、西部潛山斷裂帶、西部次凹和西部斜坡帶［19-20］［圖1（a）］。凹陷自下而上依次發(fā)育銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組及青元崗組等5 套地層，南屯組為烴源巖，主力產油層為銅缽廟組和南屯組［圖1（b）］。

圖1 塔南凹陷次級構造單元劃分（a）及沉積綜合柱狀圖（b）Fig.1 Division of tectonic sub-unit（a）and sedimentary column（b）in Tanan Depression

1.2 構造演化特征及斷層變形機制

研究區(qū)斷層為繼承性生長斷層，其活動時期為銅缽廟組沉積期、南屯期組沉積和伊敏組沉積末期。斷層在平面上主要呈NE 向或NNE 向，部分次生斷層為NW 向或NNW 向。在剖面上為似花狀，這表明斷層具有走滑性質（圖2）。通過對塔南凹陷斷層的運動學與幾何學研究表明，塔南凹陷共經歷了4 個演化階段，分別為殘留盆地期、斷陷期、斷坳轉換期和坳陷期［13，21］。斷層活動受控于3 期構造應力場（圖3）。

圖2 塔南凹陷典型地震剖面Fig.2 Typical seismic section of Tanan Depression

圖3 塔南凹陷構造演化特征及斷層變形機制Fig.3 Tectonic evolution characteristics and deformation mechanism of faults in Tanan Depression

（1）殘留盆地期。為銅缽廟組沉積期（T5—T3），其沉積為受古地貌影響的“填平補齊”式，其構造應力場為NE—SW 張性應力場，地層沉積東陡西緩。銅缽廟組厚度變化較大，為100～500 m，沉積中心并不受主干基底斷裂的控制，而是與負向構造的古地貌形態(tài)相吻合。

（2）斷陷期。為南屯組沉積期（T3—T22），該時期斷裂活動性強，受同沉積斷層影響，地層厚度變化大，該時期構造應力為東西向拉張應力，發(fā)育大量小型正斷層，地層伸展作用明顯。南屯組沉積末期，構造活動強烈，南屯組頂面形成了一套區(qū)域性不整合面。

（3）斷坳轉換期。為大磨拐河組沉積初期至伊敏組沉積末期（T22—T04）。凹陷由斷陷期向坳陷期轉變，進入伊一段沉積期，斷裂活動基本停止。伊二、三段沉積期，構造活動強烈，烴源巖進入排烴期，早期NE向的伸展斷裂繼承性發(fā)育，斷層再次活動，輸導通道開啟，控制凹陷內部的油氣運移。

（4）坳陷期。青元崗組與下伏地層為角度不整合接觸，其底部為一套含礫粗碎屑巖，地層厚度為100～300 m。在伊敏組沉積末期，盆地發(fā)生了反轉。

2 古地貌恢復

2.1 古地貌恢復原理及流程

古地貌恢復基于井、震及沉積資料的豐富程度，其恢復精度有一定差異［22］。古地貌恢復方法主要有：層序地層法、印模法、地球物理法、沉積學法及殘余厚度法等［23-28］。本次在深入調研國內外古地貌恢復原理和技術方法后，基于體積守恒原理和地層骨架壓實模型進行古地貌恢復。古地貌恢復工作由構造恢復和沉積恢復兩部分組成。構造恢復包括地層深度等時界面加載、加載剝蝕量、斷距消除及層拉平過程，其中斷陷盆地的斷距消除工作尤為復雜，須先明確斷裂形成時期和活動次序，對多期活動的斷層依次進行斷距回剝。沉積恢復是基于地層壓實骨架模型對地層進行去壓實校正，最終得到適用于斷陷湖盆的古地貌定量分析的技術理論方法。

2.2 剝蝕量計算

剝蝕量恢復在原型古地貌構建過程中十分重要，剝蝕量的計算方法有很多［29-30］。在井控地區(qū)，主要采用聲波時差法，剝蝕量比較容易得到。無井控地區(qū)剝蝕量恢復工作是此次研究的難點。利用研究區(qū)三維地震資料，將地層剝蝕特征劃分為4 類（圖4）：

A 類剝蝕為凹陷邊緣頂面的角度不整合面，為構造成因。這種剝蝕主要發(fā)育在塔南坳陷的西部斜坡區(qū)，地層沿凹陷底面逐漸向邊緣上超，楔形減薄。剝蝕量h可表征為零剝蝕點（首次出現(xiàn)明顯剝蝕的位置）和邊界處第一個未沉積點兩者之間的差值。

圖4 塔南凹陷剝蝕類型及計算方法Fig.4 Eroded strata types and thickness restoration methods in Tanan Depression

B 類剝蝕為同沉積斷層控制的地層掀斜隆起剝蝕，在凹陷局部地區(qū)發(fā)育，為構造成因。發(fā)育的地層受同沉積斷層控制發(fā)生旋轉、翹傾出露部分遭受削蝕，地震反射具有明顯的削截特征。其剝蝕厚度h與未發(fā)生剝蝕地層的厚度近乎相等。所以，利用地層趨勢法將剝蝕區(qū)厚度補出即可，剝蝕線上各點到地層延長線的距離h即為該點上的剝蝕厚度。

C 類剝蝕為古潛山地層剝蝕，為構造成因。受構造運動影響，凹陷內部沉積斜坡發(fā)生抬升隆起形成潛山。潛山帶兩側沉積的地層保留基本完整，地層的變化趨勢保持基本不變。因此，潛山帶地層剝蝕量h為兩側地層趨勢連接線之間的垂直距離。

D 類剝蝕為凹陷帶內的平行不整合面，為沉積成因。在地震剖面上沒有明顯的剝蝕點，不整合面與地層界面基本平行，剝蝕厚度計算可根據(jù)全區(qū)地層厚度變化特征進行綜合插值。

2.3 壓實系數(shù)確定

古地貌恢復工作中地層去壓實校正是一項重要的基礎工作。根據(jù)地層壓實骨架模型建立孔隙度變化與深度之間的定量關系式，來恢復地層的壓實厚度。不同巖性發(fā)生壓實作用時存在一些差異，斷陷湖盆中的泥巖、砂巖的初始孔隙度分別為52%和50%，經壓實后可降到10% 以下［33］。根據(jù)以往的研究成果［34-35］，地層孔隙度隨深度增加有規(guī)律地減小，孔隙度與深度之間存在以下關系

式中：Φ為地層深度H處孔隙度，%；Φ0為地表初始孔隙度，%；C為壓實系數(shù)；H為深度，m。

實驗研究表明，泥巖壓實系數(shù)比砂巖壓實系數(shù)大，而碳酸鹽巖壓實系數(shù)介于泥巖與砂巖之間。利用實測孔隙度數(shù)據(jù)建立塔南地區(qū)泥巖、砂巖孔隙度與深度的數(shù)學定量關系式（圖5）。

2.4 古水深估算

古地貌研究中古水深確定比較困難，目前主要用沉積環(huán)境進行分析，包括沉積相、沉積構造地球化學資料以及古生物化石來推斷古水深。一般通過經驗值去代替古水深，沖積—河流相古水深為0 m；濱湖相古水深小于5 m；淺湖亞相的古水深為5～20 m；深湖亞相的古水深為20～50 m 或更深；扇三角洲沉積環(huán)境的古水深不超過30 m［31］。利用構造建模軟件輸入地層古水深、壓實系數(shù)、泥質含量（不同巖性的壓實具有差異性）以及加載地層剝蝕量，自下而上按斷層的活動時期對斷層進行逐一的斷距恢復、地層的層拉平以及去壓實作用，最終得到該地質歷史時期的古地貌圖件，并進行精細修正，消除斷距和橫向差異的壓實影響。

圖5 塔南坳陷泥巖、砂巖孔隙度隨深度的關系曲線Fig.5 Variation curves of porosity of mudstone and sandstone versus depth in Tanan Depression

3 塔南凹陷古地貌對沉積的控制作用

根據(jù)文獻［8］報道，E.H.佩爾米亞科夫建議，以該地區(qū)的深度平均值為界限，小于深度平均值的地區(qū)定為相對坳陷區(qū)。大于平均深度地區(qū)界定為斜坡區(qū)和隆起區(qū)。其中，以大于平均深度一半的區(qū)域確定為隆起區(qū)，而介于隆起區(qū)與坳陷區(qū)之間的過渡區(qū)為斜坡區(qū)，進一步將古地貌按照深度標準劃分古隆起、古斜坡和古坳陷等3 個次級構造單元。通過上述方法，恢復了海塔盆地塔南凹陷銅缽廟組和南屯組沉積前古地貌，由于塔南凹陷面積大、構造演化復雜，凹陷不同部位不同時期古地貌特征及沉積體系具有明顯差異性。

銅缽廟組沉積前為山間殘留盆地［15，21，32］，古地貌表現(xiàn)為“東陡西緩、南低北高”的特征。地貌古海拔為-2 835.3～1 283.3 m，其中0 m 僅代表古海拔為0 m 的點，它可以位于整個地貌的斜坡區(qū)或者隆起區(qū)，正負向構造差異明顯，表現(xiàn)為多沉降中心和多物源沉積特征［圖6（a）］。西部次凹高差變化小，坡度平緩，表現(xiàn)為“洼淺水淺”的特征，東部次凹受先存古基底斷裂控制，形成的洼槽陡而深，且有“洼深水淺”的特征，該時期沉積以砂礫巖快速堆積為主，湖相泥巖不發(fā)育。

銅缽廟組下段沉積主要為沖積扇—扇三角洲—濱淺湖沉積。沖積扇形成與分布受控于凹陷北部規(guī)模較大的古斜坡區(qū)，基底古隆起遭受風化剝蝕，沉積物剝落就近以沖積扇形式雜亂堆積到凹陷內部沉降中心（圖7）。扇三角洲的物源來源于凹陷外部，為NW—SE 向，其次為同沉積斷層控制的NE向扇三角洲［圖6（b）］。銅缽廟組上段的沉積類型為扇三角洲—近岸水下扇和少量的濱淺湖沉積（圖819-7-2 井）。近岸水下扇的位置與早期形成沖積扇的區(qū)域重疊，兩者的形成條件都是在較陡的古隆起及古斜坡區(qū)域，近岸水下扇形成表明隆起區(qū)附近的沉降中心具有一定的水深［圖6（c）］。

圖7 塔南凹陷沉積相類型、巖心特征及識別標志Fig.7 Sedimentary facies types，core characteristics and identification marks in Tanan Depression

圖8 塔南凹陷油氣成藏模式Fig.8 Hydrocarbon accumulation model in Tanan Depression

南屯組沉積期，沉降中心與烴源巖厚度分布能很好匹配。古地貌洼槽沉降中心向凹陷中部次凹遷移，4 個沉降中心控制了南屯組4 個主要的生烴中心［圖9（a）］。該時期仍是NW—SE 向物源為主，NE 向和凹陷內部局部隆起為次要物源。與銅缽廟組沉積期相比，該時期凹陷處于斷陷期，斷裂活動性強，凹陷進一步擴張，在拉張應力場作用下NE 向伸展斷層繼承性發(fā)育，同沉積作用明顯。

圖9 塔南凹陷南屯組古地貌特征及沉積體系Fig.9 Paleogeomorphologic characteristics and sedimentary system distribution of Nantun Formation in Tanan Depression

南屯組沉積期，洼槽水體逐漸加深。隨著不斷匯水（水進過程），沉積穩(wěn)定，發(fā)育了南屯組主力烴源巖。南一段沉積期，主要發(fā)育近岸水下扇—扇三角洲—湖底扇—濱淺湖沉積，且近岸水下扇受古隆起和陡坡區(qū)控制。凹陷在受到NE 向拉張時，斷層在原斷層面處再次滑脫或在附近發(fā)育新斷層，形成的斷階使陡坡區(qū)發(fā)育的近岸水下扇滑塌至凹陷中心形成湖底扇［圖9（b）、圖7］。南二段沉積期，水體進一步加深，古隆起潛沒。物源全部來自凹陷外部，沉積主要為湖相沉積和遠源河流三角洲，方向為NW—SE 向［圖9（c）］，該時期的沉積對南一段和銅缽廟組的油氣保存具有重要意義。

4 塔南凹陷古地貌對油氣分布的控制作用

目前的勘探成果表明，塔南凹陷東、西次凹都是油氣的富集區(qū)，且油氣成藏特征具有明顯差異。東部次凹以南屯組巖性油藏為主，西部次凹以銅缽廟組構造油藏為主，這種差異源于東、西部構造運動對古地貌的差異改造。塔南凹陷共發(fā)育4 個生烴洼槽［參見圖9（a）］中沉降中心位置，其中東部沉降中心和南部沉降中心的洼槽較深，烴源巖發(fā)育厚度大，生烴條件好，但東部次凹油氣聚集較少，表明油氣沒有形成大規(guī)?！熬徒刹亍?。銅缽廟組、南屯組沉積期古地貌在一定程度上控制了油藏的富集和保存。塔南凹陷古地貌對油氣分布控制作用歸納為“古隆-坡控儲、古坳陷控源、古斷-坡控藏”。

（1）古隆-坡控儲。古隆起和古斜坡都是有利儲層發(fā)育的區(qū)域。古隆起控制儲層的次生孔隙改造，而古斜坡控制的儲層主要是原生的優(yōu)質儲集體。古隆起作為母巖，表層受大氣、雨水淋濾而形成次生孔隙，儲層條件較好，形成潛山型油藏（塔19-67）。古斜坡優(yōu)質砂體富集區(qū)，如銅缽廟組沉積時期古斜坡控制扇體沉積（參見圖8）。

（2）古坳陷控源。南屯組沉積期，構造演化處于強斷陷期，發(fā)育4 個沉降中心，與烴源巖厚度分布能很好匹配，凹陷擴張發(fā)育的4 個洼槽控制了生烴中心。

（3）古斷-坡控藏。油氣主要成藏期為伊二、三段沉積末期，構造運動強烈，銅缽廟組和南屯組沉積期發(fā)育NE 向斷層再次活動，作為油氣的主要運移通道。西部次凹在銅缽廟組沉積期以斜坡沉積為主，南屯組沉積期受調節(jié)斷層作用，形成了多個深洼，“先坡后洼”的地貌演化過程控制了油氣“旁生側儲”，形成了“源-儲對接”的反向斷階構造油藏（塔19-X70、19-17）。東部次凹古地貌特征繼承性發(fā)育，控凹斷裂斷距大，形成陡而深的洼槽，斷層下盤處古隆起區(qū)作為局部物源形成的近岸水下扇和湖底扇進入凹陷底部，具有“先砂后泥”的沉積特征，缺少有利運移通道，油氣主要通過源-儲接觸面運移，富集在南屯組暗色泥巖中的濁積砂體，油藏規(guī)模相對較小（塔19-78、19-83、塔19-7-2）（參見圖8）。

古地貌演化特征和“古斷-坡”組合對源、儲空間配置及油氣運、聚起決定性作用。塔南凹陷的西部油源條件好、油源斷裂發(fā)育，其古地貌具有“凹中隆”特征，油氣成藏條件好，發(fā)育多套油層，深部具有較大勘探潛力。

5 結論

（1）通過對塔南凹陷原型古地貌構建，恢復了銅缽廟組和南屯組沉積前古地貌發(fā)育特征。銅缽廟組沉積期，具有“泛洼槽多物源”的特征，物源主要來自NW—SE 向扇三角洲和WS 向凹陷古隆起。南屯組沉積期在全區(qū)發(fā)育4 個規(guī)模較大的沉降中心，并從西次凹逐漸向凹陷中心遷移。

（2）銅缽廟組沉積期主要發(fā)育沖積扇、扇三角洲和濱淺湖沉積，凹陷內部古隆起控制了沖積扇的形成與分布。南屯組主要發(fā)育三角洲、扇三角洲、近岸水下扇、湖底扇和湖相沉積，古隆起、古坳陷分別控制了近岸水下扇的形成與烴源巖展布。

（3）塔南凹陷古地貌對油氣分布的控制作用表現(xiàn)為“古隆-坡控儲、古坳陷控源、古斷-坡控藏”。西部為“源-儲對接”、“古斷-坡”組合控運聚的構造油藏，東部為陡坡控制下以近岸水下扇和湖底扇為儲集體的巖性油藏，古地貌演化特征和“古斷-坡”組合對源、儲空間配置及油氣運、聚起決定性作用。